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“相对论”将被推翻?科学家发现了26亿光年外的神秘天体
网友【发现了】于【太平洋时间 2020-09-09 00:25:09】分享在【时代发展的印记】版块    2179    1    5

早在一百多年前,爱因斯坦就以严密的逻辑论证了光速不变且不可超越,在这个基础上推出了狭义相对论,由此奠定了他老人家的江湖地位,当然那会其实他还很年轻!不过更让人无语的是十年后他以一人之力,将集众人大成的狭义相对论扩充到了广义相对论!

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至此爱因斯坦的成就再无人超越,而此后在科学界取得的成就,宏观至宇宙的运动,微观至量子力学,无一不遵循信息传递不可能超过光速这一基本准则!但在上世纪七十年代的一个发现,直接让光速不可超越立即陷入岌岌可危的状态,因为天文学家们发现了类星体中让人傻眼的超光速现象!

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类星体中的发现以及类星体中普遍存在的超光速现象

天文学家熟悉恒星生涯过程中诞生的所有天体,比如行星、恒星以及白矮星、中子星以及恒星的集合星系等,但在1960年,美国天文学家艾伦·桑德奇用5米口径的光学望远镜在3C48天体中发现了奇怪的发射光谱,1963年荷兰裔美国天文学家马丁·施密特发现在3C273的光谱中具有与3C48类似的现象!

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哈勃空间望远镜的3C 273影像。右图,一个日冕仪被用来阻挡类星体的光源,因而更容易探测到周围的宿主星系。

经过仔细研究,他们发现这些发射光谱不过是氢光谱的巨大红移造成,这表示该天体正在快速远离,而根据红移值计算,速度超过了4.7万千米/秒,这个速度远超当时已知星系!并且在发现的这些天体中的辐射的功率大到难以想象,达到了10^41W,是银河系的数千倍!

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这种看上去像一颗恒星,但功率却比星系还要大得多的天体,被天文学家称为了类星体!

类星体中的超光速现象

3C 279是位于室女座的一个强大射电源,在天文界中同时在可见,无线电和X射线波段中剧变而闻名,它是天空中最亮的伽马射线源之一,也是费米太空望远镜监视的伽马射线天空中最明亮,变化最大的来源之一!比较有趣的是,它还被当成了EHT(拍摄黑洞照片的事件视界望远镜)的观测校准源!

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事件视界望远镜(EHT)

1973年天文学家在观测它喷流中的物质速度时,发现了明显的超光速运动,在3C 279的两个分离的辐射源中,测到了两个团块正以高达十倍光速的速度远离类星体核心,尽管以光速远离的相对运动也不可能超过光速,但即使按简单粗暴的1/2计算,也是5倍光速了,差点让天文学家电脑面前滚下来,因为光速被超越了!

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此后对类星体的深入观测,发现了越来越多的类星体存在这样的现象,在3C 273中的观测发现,一条从其中心发射的喷流每年在天空移动距离达到了0.75毫微秒,按其红移速度换算出来的距离达到了26亿光年,那么这0.75毫微秒的距离达到了9光年,也就是说3C 273中喷流的速度达到了9倍光速!

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相对论要被改写了吗?爱因斯坦的棺材板要压不住了!

类星体中的超光速,是真的超过光速了吗?

科学家对光速不可超越的信仰可比各种宗教信仰坚定多了,他们对于相对论有着无比的信心,因此认为这必定是哪里出问题了,观测设备明显不是,那么就从这个超光速现象着手,最后发现这种奇特的现象是比较奇特的视超光速运动!

眼见未必为实的视超光速运动

出现这种视超光速运动的原因是光的传播时间,光源接近时,稍后发出的光子走的路更短,因此弥补了延迟,但在观测看来会以为是同一束光源,因此该物体的速度将会被远远高估,我们用如下的三角运动来计算下为什么会观测到远超光速十倍的运动。

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三角函数示意超光速原理

3C 273的喷流并不是直接指向地球,而是存在一个角度,因此它的速度被远远高估,相反如果以反方向远离地球,那么它的速度将被低估!

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2017年4月,EHT在观测M87黑洞之前的校准图像

所以,科学家仍然以严密的逻辑捍卫了光速不可超越这一理论,而且还发现了宇宙中速度观测上的误差!

延伸阅读:超光速现象

自狭义相对论发布以来,突破光速限制成了大家津津乐道的话题,尽管信息传递无法超过光速没有突破,但仍然有很多“合法”的超光速现象!

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德布罗意波

它指的并不是物体运动的真正速度,而是波的相速度,如下图所示:绿点表示群速度,红点表示相速度,在从左向右的运动中,两次穿越群速度绿点,因此在这个波的运动中,相速度远高于群速度,相波超越光速是“合法”的,但它不具备意义!

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绿点表示群速度,红点表示相速度,在从左向右的运动中,两次穿越群速度绿点

切伦科夫辐射

这是非真空中的超光速现象,在核反应堆中常见,这是因为水中光速大约只有真空中的75%,而裂变产生的辐射粒子超过了这个速度,因此会发出以短波长为主的一种电磁辐射,其特征是蓝色辉光,1934年由前苏联物理学家帕维尔·阿列克谢耶维奇·契伦科夫发现的,因此被命名为切伦科夫辐射。

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除了这些外还有宇宙膨胀以及量子纠缠等现象都超越了光速,不过它们同样无法传递任何信息,一旦到了实质性信息传递的层次,光速仍然无法超越!

出处:头条号 @星辰大海路上的种花家

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5   2020-09-09 00:25:09  回复

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